汽轮机转子—轴承系统油膜振荡非线性特性：理论、实例与控制策略.doc

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业生产中，汽轮机作为一种重要的动力设备，被广泛应用于电力、石油、化工、冶金等众多领域。汽轮机转子-轴承系统作为汽轮机的核心部件，其运行的稳定性和可靠性直接关系到整个机组的性能和生产的连续性。在汽轮机的运行过程中，转子在高速旋转时会受到多种复杂因素的影响，如不平衡力、热应力、摩擦力等，这些因素会导致转子产生振动。而轴承系统则起着支撑转子、减少摩擦和传递载荷的重要作用，其性能的优劣对转子的振动特性有着至关重要的影响。

在实际运行中，汽轮机转子-轴承系统会出现各种复杂的非线性动力学现象，其中油膜振荡是一种较为常见且危害较大的问题。油膜振荡是指在润滑油膜的作用下，转子和轴承之间产生的周期性振动现象。当油膜振荡发生时，转子的振动幅值会急剧增大，导致转子从正常轨迹上偏离，产生更大的振动和噪声。这不仅会严重影响汽轮机的稳定性和安全性，还会对汽轮机的寿命产生负面影响，如加速轴承和密封件的磨损、导致轴系疲劳损坏等，甚至可能引发机组的停机事故，给企业带来巨大的经济损失。

例如，在某大型火力发电厂中，一台汽轮机在运行过程中发生了油膜振荡故障，导致机组振动异常剧烈，无法正常运行。经过检查发现，轴承的磨损严重，部分零部件已经损坏，需要进行更换和维修。此次故障不仅导致了该机组的长时间停机，影响了电力的正常供应，还造成了高昂的维修费用和生产损失。类似的案例在工业生产中并不少见，这充分说明了油膜振荡问题对汽轮机运行的严重威胁。

因此，深入研究汽轮机转子-轴承系统油膜振荡的非线性特性具有重要的现实意义。通过对油膜振荡非线性特性的研究，可以更好地理解油膜振荡的产生机理、发展规律以及影响因素，为预测和控制油膜振荡提供理论依据和技术支持。这有助于提高汽轮机转子-轴承系统的稳定性和可靠性，降低设备故障率，延长设备使用寿命，保障工业生产的安全、稳定和高效运行。同时，也能够为汽轮机的设计、制造和维护提供有益的参考，推动相关技术的发展和创新。

1.2国内外研究现状

在汽轮机转子-轴承系统油膜振荡非线性特性的研究领域，国内外学者已取得了一系列有价值的成果。

国外学者在该领域的研究起步较早，积累了丰富的经验和理论成果。例如，美国学者Jeffcott早在20世纪初就建立了经典的单盘转子-轴承系统模型，为后续的研究奠定了基础。此后，众多学者基于该模型对油膜振荡现象进行了深入研究。在非线性动力学分析方面，他们通过建立复杂的数学模型，运用数值计算和实验研究相结合的方法，揭示了油膜振荡的一些基本特性。如英国学者通过数值模拟研究发现，油膜振荡的频率和振幅与转子的转速、润滑油的粘度以及轴承的结构参数等密切相关。他们还利用先进的实验设备，对油膜振荡过程中的油膜压力分布、转子的振动响应等进行了测量和分析，为理论研究提供了有力的实验支持。

在控制和消除油膜振荡方面，国外学者也提出了多种方法。一些学者通过改进轴承的结构设计，如采用可倾瓦轴承、多油楔轴承等，来提高轴承的稳定性，减少油膜振荡的发生。这些新型轴承结构能够改变油膜的压力分布，增加油膜的阻尼，从而有效地抑制油膜振荡。另一些学者则从润滑油的角度出发，研究了润滑油的粘度、添加剂等对油膜振荡的影响，并提出了通过优化润滑油性能来控制油膜振荡的方法。例如，通过添加特殊的添加剂，可以改善润滑油的抗磨性能和润滑性能，减少油膜的不稳定因素。

国内学者在汽轮机转子-轴承系统油膜振荡非线性特性研究方面也取得了显著进展。近年来，随着国内工业的快速发展，对汽轮机的性能和可靠性提出了更高的要求，促使国内学者加大了对这一领域的研究力度。在理论研究方面，国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内汽轮机的实际运行情况，建立了更加符合实际工况的数学模型。例如，考虑到汽轮机在运行过程中可能受到的各种复杂因素，如热变形、材料非线性等，对传统的转子-轴承系统模型进行了改进和完善。通过对这些模型的分析和求解，深入研究了油膜振荡的产生机理、发展规律以及影响因素。

在实验研究方面，国内一些高校和科研机构搭建了先进的实验平台，对汽轮机转子-轴承系统的油膜振荡特性进行了实验研究。通过实验，不仅验证了理论研究的结果，还发现了一些新的现象和问题。例如，在实验中发现，油膜振荡的发生与轴承的制造精度、安装质量等因素也有很大关系。针对这些问题，国内学者提出了相应的改进措施和建议，为提高汽轮机的运行稳定性提供了重要的参考。

尽管国内外学者在汽轮机转子-轴承系统油膜振荡非线性特性研究方面取得了丰硕的成果，但目前仍存在一些不足之处。一方面，现有的研究大多是在理想条件下进行的，对实际运行中汽轮机所面临的复杂工况考虑不够全面。例如，在实际运行中，汽轮机可能会受到各种随机干扰、变工况运行以及多因素耦合等影响，这些因素会使